稻秸稈對羊糞好氧堆肥理化特性與氮素轉(zhuǎn)化的影響

摘要：為評價稻秸稈對羊糞好氧堆肥理化特性和氮素轉(zhuǎn)化的影響，本研究以不同濕質(zhì)量比的羊糞與稻秸稈為原料，進行好氧堆肥，羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比分別為9：1、8：2、7：3、6：4和5：5，研究稻秸稈與羊糞不同濕質(zhì)量比組合對羊糞堆肥進程、堆肥理化性質(zhì)、氣體排放以及氮損失的影響，對比不同堆肥產(chǎn)品特性，采用主成分分析法綜合評價堆肥腐熟度。研究結(jié)果表明：添加稻秸稈能夠加速羊糞堆肥進程以及有機質(zhì)分解，使堆肥體3d內(nèi)進入高溫期，并且高溫期維持了13-21 d；羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2（C/N Lk為19.75）的堆肥體最高溫度可達73.88℃，高溫階段（≥50℃）持續(xù)時間最長（27 d），30 d時種子發(fā)芽指數(shù)達到80%以上（81.8%）；堆肥過程中O2含量與溫度呈負相關(guān)（R=-0.615，P＜0.001）；羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比9：1、8：2、7：3、6：4和5：5組合的總氮損失分別為20.54、17.91、17.07、15.28 g和13.26 g，表明堆肥初始C/N 比越低，總氮損失率越高；羊糞堆肥時添加稻秸稈可以縮短進入高溫發(fā)酵期的時間，加快堆肥進程；羊糞添加稻秸稈堆肥時初始C/NLC越高，NH3和N20的累計排放量越小，NH+4-N、NO-3-N和總凱氏氮（TKN）的損失率越??；主成分分析綜合評價結(jié)果表明羊糞與稻秸稈按濕質(zhì)量比8：2混合堆肥最優(yōu)，堆肥的腐熟速度最快。

關(guān)鍵詞：羊糞；稻秸稈；好氧堆肥；理化特性；氮素轉(zhuǎn)化

中圖分類號：S141.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-2043（2024）08-1896-11 doi：10.11654/jaes.2024-0034

我國為農(nóng)業(yè)大國，秸稈年產(chǎn)量達1.5×109t，秸稈含有大量纖維素和半纖維素，直接還田會與泥土結(jié)成硬塊，影響土壤質(zhì)量。與此同時，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；?、集約化和商業(yè)化發(fā)展，產(chǎn)生了數(shù)量巨大的禽畜糞便固體廢棄物，若不經(jīng)科學(xué)有效地處理，將會帶來一系列的環(huán)境問題。

好氧堆肥技術(shù)操作簡單，具有發(fā)酵迅速，腐殖化程度高和滅菌徹底等優(yōu)點，常用于農(nóng)業(yè)固體廢棄物的肥料化利用。好氧堆肥是在通氣條件好，氧氣充足的條件下，好氧菌對廢物進行吸收、氧化以及分解的過程。因此，在堆肥過程中需采用強制通風(fēng)或者翻堆處理來保障堆肥體內(nèi)有足夠的氧氣滿足微生物活動的需要，這些增氧方式顯著增加堆肥的成本。稻秸稈具有較大的比表面積和良好的截留、吸附特性，作為畜禽糞便堆肥的調(diào)理劑，可以增加堆料孔隙度，利于堆體內(nèi)部氣體擴散，增加微生物代謝活性，Meng等研究發(fā)現(xiàn)，稻殼與豬糞共育可加快堆肥腐熟進程并提高堆肥效率和堆肥制品質(zhì)量。Xu等研究發(fā)現(xiàn)添加秸稈調(diào)理劑可以調(diào)節(jié)堆體C/N值和濕度以及提高堆體的孔隙度，加快堆肥進程。Liu等研究也發(fā)現(xiàn)秸稈的添加可以促進雞糞、豬糞、牛糞等堆體內(nèi)有機物質(zhì)的降解，提高堆肥效率。

秸稈作為堆肥調(diào)理劑，吸水膨脹后孔隙度增大，能更快地參加堆肥過程，其吸附的氨氮也能快速參加反應(yīng)過程，但氨化過程中會產(chǎn)生較多的NH3，同時堆肥過程中還伴隨著CH4和N2O等溫室氣體的排放。羊糞是一種熱性肥料，有機質(zhì)含量高達24% -27%，目前，羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的研究主要集中在羊糞好氧堆肥最佳工藝參數(shù)的優(yōu)化研究，和微生物菌劑選擇研究等方面，稻秸稈與羊糞混合堆肥后升溫腐熟特性、氣體排放以及養(yǎng)分代謝規(guī)律研究較少，其中氮素的轉(zhuǎn)化未見報道。因此，本研究通過對不同濕質(zhì)量比的羊糞與稻秸稈進行好氧堆肥，探究稻秸稈添加比例對羊糞肥理化性質(zhì)以及氮素轉(zhuǎn)化的影響；基于主成分的堆肥指標(biāo)綜合評價，明確稻秸稈對羊糞堆肥質(zhì)量和氮素轉(zhuǎn)化的貢獻，篩選出羊糞與稻秸稈最佳原料配比，為羊糞與稻秸稈的資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗用新鮮羊糞取自泰州市格調(diào)生態(tài)農(nóng)林科技發(fā)展有限公司肉羊養(yǎng)殖場；稻秸稈取自泰州市姜堰區(qū)當(dāng)?shù)?，稻秸稈晾?d后粉碎成粒徑≤5 cm均勻小段，羊糞與稻秸稈的基本養(yǎng)分含量測定結(jié)果見表1。

1.2 試驗方法及采樣

試驗在泰州市格調(diào)生態(tài)農(nóng)林科技發(fā)展有限公司堆肥車間進行，試驗始于2023年5月18日，止于2023年6月28日，共計42 d，各堆體的物料組成按照羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比分別設(shè)置9：1（C/N=17.84，有機質(zhì)含量30.81%）、8：2（C/N=19.75，有機質(zhì)含量36.12%）、7：3（C／N=21.99，有機質(zhì)含量41 .43%）、6：4（C／N=24.66，有機質(zhì)含量46.74%）和5：5（C/N=27.92，有機質(zhì)含量5 2.05%）5個處理組合，每處理設(shè)3個重復(fù)，通過噴淋或通風(fēng)將各堆體初始含水量控制在65%，不同處理在同一車間不同發(fā)酵槽內(nèi)進行堆肥，發(fā)酵槽頂端覆蓋塑料薄膜，頂部預(yù)留可以插溫度計和氧氣探頭的采樣孔，每組堆成長3m、寬3m、高1.5 m的發(fā)酵堆。每個發(fā)酵槽頂端放置250 mL無菌瓶吸收氨氣（無菌瓶內(nèi)裝有2%的硼酸），采樣箱法（30 cm×25 cm×20 cm）收集N2O，在堆肥過程中每隔3d通過機械翻堆方式進行通風(fēng)供氧，翻堆后采用多點采樣法采集堆體上、中、下三層混合樣品，樣品充分混勻后于4℃保存用于生理指標(biāo)測定；每天上午8：00采集堆體NH3和N2O氣體樣品，計算堆肥氣體排放，根據(jù)日通量計算整個堆肥過程的累積氣體排放量。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 堆肥溫度和環(huán)境溫度測定

使用WST/DTM-491型數(shù)顯溫度計每日08： 00、11： 00、14：00、17：00定時讀取物料堆20-30 cm層四周和中心點溫度，取平均值；同時讀取發(fā)酵車間溫度。

1.3.2 堆肥pH值、EC值和種子發(fā)芽指數(shù)（GI值）測定

堆肥鮮樣與去離子水1：10（固液比）混勻入錐形瓶，于170 r·min-1室溫振蕩30 min，靜置30 min后取上清液為待測液，采用電位法測定堆肥樣品pH值（PHS-25）、采用電導(dǎo)分析法測定電導(dǎo)率值、采用黃瓜種子，于25℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，參照NY 525-2021標(biāo)準(zhǔn)方法測定GI值；

種子發(fā)芽指數(shù)計算公式為：

GI=（L1／L0）/（W1/W0）×100%

式中：L1為浸提液處理發(fā)芽率；L0為去離子水處理種子發(fā)芽率；W1為浸提液處理種子平均根長；W0為去離子水處理種子平均根長。

1.3.3 NH3和TKN的測定

TKN采用凱式定氮儀測定；NH3采用硼酸吸收法測定；氨氣用硼酸吸收后滴入甲基紅溴甲酚綠指示劑，硫酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至藍綠色轉(zhuǎn)淡紅色，記錄硫酸消耗量計算氨氣釋放量。計算公式如下：

X=（V1×N×2×1 000×0.17）/V2

式中，X為樣品中氨氣揮發(fā)量，mg·kg-1；V1為樣品消耗硫酸標(biāo)準(zhǔn)液的體積，mL；V2為硼酸吸收液的體積，mL；N為硫酸標(biāo)準(zhǔn)液的摩爾濃度，mol·L-1；0.17為1mL 0.005 mol·L-1硫酸可吸收0.17 mg氨；2為硼酸濃度乘以酸的體積等于2倍的氨氣物質(zhì)的量。

1.3.4 NH+4-N和NO-3-N的測定

NH+4-N含量參照《水質(zhì)氨氮的測定—納氏試劑分光光度法》（HJ/T 535-2009）測定，NO-3-N采用靛酚藍比色法（HCl提取）測定；N2O采用氣相色譜法測定。

1.3.5 氧氣含量的測定

采用便攜式測氧儀（CY-12C測氧儀）監(jiān)測每日氧氣含量。從堆體頂部預(yù)留的采樣孔放置測氧儀探頭，對堆體上、中、下3層（距底部分別為120、80、40cm）氧氣濃度進行實時監(jiān)測，取其平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)和繪制表格，采用SPSS 26.0軟件對堆肥理化性質(zhì)和腐熟度指標(biāo)進行多重比較、變異分析和主成分分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 稻秸稈添加對羊糞堆肥過程中溫度變化的影響

堆肥溫度變化反映了堆體內(nèi)微生物的活躍程度和堆肥的進程，不同比例稻秸稈與羊糞好氧堆肥堆體溫度以及環(huán)境溫度的變化如圖1所示。堆肥過程中溫度的總體趨勢表現(xiàn)出快速升溫和逐漸降溫階段。在堆肥初始階段，好氧微生物分解有機物并釋放熱量，各堆體溫度迅速升高，堆肥第1天除羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比5：5處理外，其他各處理進入高溫階段（＞50℃），第3天時羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2處理溫度平均值率先達到70℃以上（71.33℃）；堆肥過程中各處理最高溫度分別達73.97、73.88、72.48、71.82℃和70.79℃，且高溫分別維持了13、27、24、21d和21d，其中60℃以上維持了10、18、12、16 d和16d，達到《糞便無害化衛(wèi)生要求》（GB 7959-2012）中規(guī)定的堆體溫度≥60℃，至少持續(xù)5 d的要求。從第13天開始，隨著堆肥體中的有機質(zhì)逐漸被微生物消耗殆盡，所有堆體的溫度都逐漸降低。除羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比9：1處理以外，其他處理堆肥體的高溫階段維持3周以上，這可能是由于9：1處理組合中微生物活動所需碳源不足，導(dǎo)致溫度持續(xù)下降；8：2處理高溫階段持續(xù)時間最長（27 d），表明該條件有利于有機物的分解，單從溫度來看，8：2處理更有利于堆體溫度的上升和維持。機械翻堆處理后堆體溫度都略有波動，可能是由于翻堆造成微生物可用有機物質(zhì)和氧氣含量增加所致，Arbab等和李丹陽等研究發(fā)現(xiàn)將豬糞或羊糞與玉米秸稈堆肥時，每次翻堆后溫度略有升高，本研究結(jié)果與之一致。

2.2 稻秸稈添加對羊糞堆肥過程中氧氣濃度變化的影響

O2含量反映堆肥中好氧微生物活性。不同比例稻秸稈與羊糞好氧堆肥過程中各堆體氧氣以及環(huán)境氧氣含量的變化如圖2所示，在堆肥第1天，堆肥體02含量迅速降低并保持在最低水平，分別為3.99%、9.06%、6.74%、4.79%和3.29%，其中，8：2處理中O2含量最高，為9.06%，5：5處理中O2含量最低，為3.29%，各處理顯著低于環(huán)境氧氣濃度（P≤0.05），可能是稻秸稈的添加增加了堆體內(nèi)的孔隙度，加劇了微生物的活動，有機物的降解速度加快從而O2消耗量增大；此后，1-14 d內(nèi)各堆體氧氣濃度隨升溫逐漸增大并維持在穩(wěn)定水平，堆肥30 d后堆體內(nèi)可降解的有機物減少，微生物活動減弱，02消耗減少，至堆肥結(jié)束，各處理氧氣平均值含量分別為18.21%、18.73%、18.73%、16.30%和14.58%，其中5：5處理組堆體內(nèi)含量最低，究其原因，可能是高C/N 比條件下，微生物生長繁殖所需的氮元素受到限制，微生物繁殖速度低，有機物分解速度慢。盡管O2含量在每次翻堆前后浮動變化，但最終O2含量逐漸增加并穩(wěn)定在一定的濃度。在整個堆肥過程中，O2含量與溫度呈負相關(guān)（R=-0.615，P＜0.001）。

2.3 稻秸稈添加對羊糞堆肥物理化學(xué)性質(zhì)的影響

2.3.1 pH值變化

堆肥時pH值影響堆體內(nèi)微生物的活性、NH3排放以及氮素轉(zhuǎn)化。不同比例稻秸稈與羊糞好氧堆肥過程中各堆體pH變化趨勢基本一致，呈現(xiàn)“升高—降低—升高”，最后穩(wěn)定于一定水平的規(guī)律（圖3）；堆肥初期，隨著微生物活性增加以及堆體內(nèi)有機酸的快速分解，堆體溫度上升，此時各堆體pH值也隨之升高，9：1和8：2處理的pH值第3天達到最高值，分別為8.58和8.23；7：3、6：4和5：5處理在堆肥第9天達到最高值，分別為7.57、7.93和7.98，達到峰值后，由于氨化作用和有機氮礦化，有機氮轉(zhuǎn)化為NH+4-N，進而被轉(zhuǎn)化為NO3--N，導(dǎo)致各堆體中pH值下降，15 d時pH又升高；第42天堆肥結(jié)束時，各處理分別降為8.47、8.32、8.33、8.36和8.32；在整個堆肥過程中，pH值介于8.3-8.5之間，呈弱堿性，滿足堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)；從不同處理看，9：1和8：2處理的pH值顯著高于7：3、6：4和5：5處理（P＜0．05），因為堆肥中高比例的羊糞添加導(dǎo)致堆體內(nèi)氮素比例增加，微生物分解形成有機酸含量較高，且堆肥過程中大量的含氮有機物分解產(chǎn)生的NH3與水形成水合氨導(dǎo)致pH值上升，在整個堆肥過程中，由于稻秸稈添加比例不同，各處理堆肥pH值為堆體9：1＞8：2＞7：3＞6：4＞5：5處理。

2.3.2 種子發(fā)芽指數(shù)變化

種子發(fā)芽指數(shù)（CI）反映了堆肥的植物毒性，是評價堆肥腐熟度的最敏感、最可靠的指標(biāo)，一般認(rèn)為當(dāng)GI達到50%時，堆肥已達到基本腐熟，GI達到80%時，堆肥完全腐熟H8）。稻秸稈添加后羊糞好氧堆肥過程堆體GI的變化如圖4所示，各處理GI先下降后上升，堆肥初期，各處理CI均＜40%，表明此時堆體中有毒物質(zhì)含量較高，此后3d內(nèi)GI急劇下降至最小值，從第3天開始，所有處理的CI增加，表明隨著堆肥的進行，堆肥過程中產(chǎn)生了大量銨離子和一些低分子有機酸，有毒物質(zhì)逐漸被生物降解。羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2組合的CI在第9天達到50%以上，7：3和6：4在第12天達到50%以上，而9：1和5：5分別在第21天和第18天達到50%以上。此時堆肥產(chǎn)品達到了基本腐熟標(biāo)準(zhǔn)。至第42天堆肥結(jié)束時，最終GI分別為72.45%、93.82%、87.17%、90.26%和78.15%，各處理GI均大于70%，符合堆肥產(chǎn)物安全施用標(biāo)準(zhǔn)。這些結(jié)果高于豬糞、牛糞和雞糞堆肥的研究結(jié)果，表明相對于其他畜禽糞便堆肥，羊糞堆肥是更具潛力的土壤有機改良劑。且GI隨著稻秸稈添加比例的增加而增加，這表明稻秸稈的添加有助于提高堆肥產(chǎn)品的腐熟度。

2.4 稻秸稈添加對羊糞好氧堆肥氮素的影響

2.4.1 NH+4-N含量的變化

NH+4-N是堆肥過程中無機氮的主要存在形式，稻秸稈添加后各堆體NH+4-N含量的變化如圖5所示。NH+4-N含量呈現(xiàn)“增加-降低-增加-降低”的趨勢，堆肥初期，各處理的初始NH+4-N濃度分別為3.24、3.44、3.47、3.58 g·kg-1和3.36 g·kg-1。在高溫和高pH值的影響下，氨氧化細菌的快速生長和繁殖促進了堆體內(nèi)含氮有機廢物的分解，因此，NH+4-N水平在第3天達到最大值。此后的3-6 d內(nèi)，由于高溫和高pH的影響，NH+4-N向NH3轉(zhuǎn)化，因此其含量迅速下降。堆肥6-12 d（羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比5：5組合除外），NH+4-N含量呈現(xiàn)小幅度的上升趨勢，因為堆肥后期微生物仍繼續(xù)降解剩余有機氮產(chǎn)生NH+4-N，而此時溫度逐漸降低，NH3揮發(fā)損失逐漸減少，NH+4-N含量略有增加。有機物的礦化在最后一段時間減弱，低溫減少了NH3的揮發(fā)，有利于銨態(tài)氮向硝態(tài)氮和N2O的轉(zhuǎn)化，使銨態(tài)氮含量持續(xù)下降。盡管如此，5個堆體的最終NH+4-N濃度均低于0.4 g·kg-1，符合堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.2 NO-3-N含量的變化

作為堆肥中無機氮的另一種主要存在形式，NO-3-N含量的變化與NH+4-N變化相反，稻秸稈添加后各堆體NO-3-N含量的變化如圖6所示，NO-3-N變化呈現(xiàn)先快速下降后逐漸上升并趨于穩(wěn)定，堆肥早期，堆體中高溫和高pH值環(huán)境限制了硝化細菌的生長和繁殖，導(dǎo)致NO-3-N的含量逐漸降低；堆肥第6天時NO-3-N的含量最低，分別為0.11、0.14、0.14、0.18 g·kg-1和0.2 g·kg-1；隨著堆肥過程的進行，各堆體內(nèi)溫度和pH逐漸降低，硝化細菌活力增強，并通過硝化將更多的NH+4-N轉(zhuǎn)化為NO-3-N，從而增加了NO-3-N的濃度。堆肥結(jié)束時，最終NO-3-N含量分別為0.53、0.46、0.47、0.48 g·kg-1和0.43 g·kg-1，羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比9：1組合中含量最高，這可能與脫氮揮發(fā)更多的N20有關(guān)。同時，其他堆體中NO-3-N含量較低，可能與更多的NH+4-N和NO-3-N通過雙殼附著有關(guān)，總的來說，堆體最終NO-3-N水平隨著稻秸稈添加比例的增加而增加，表明稻秸稈添加有利于氮的保留。

2.4.3 NH3氣體排放

氨（NH3）排放是堆肥中氮損失的主要原因，也是堆肥區(qū)域臭氣的主要來源，稻秸稈添加后各堆體NH3排放速率和累計排放量如圖7所示，堆肥前期，隨著堆體溫度和pH快速升高，堆體內(nèi)有機氮組分迅速分解為NH+4-N，堆體內(nèi)NH3排放速率快速增加，各處理在第2天達到峰值，排放速率分別為3 948.60、4 514.39、4 320.03、4 041.3 mg·d-1和3 534.84 mg·d-1。各組NH3累積排放量分別在堆肥第21天后基本不再增加，至堆肥42 d結(jié)束時，各堆體氨累計排放量分別為17.95、17.35、16.53、14.82 g·kg-1和12.81 g·kg-1；氨的排放主要集中在高溫階段，當(dāng)高溫期結(jié)束且pH降低時，NH3排放量逐漸下降，與堆體溫度和堆體內(nèi)NH+4-N含量變化類似，NH3的排放也因人為翻堆而出現(xiàn)波動，這與周海瑛等的研究結(jié)果一致。檢測結(jié)果顯示，隨著稻秸稈添加比例的增加，氨累計排放量逐漸減少，羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2、7：3、6：4和5：5組合的氨累計排放量比9：1的組合分別降低了3.34%、7.91%、17.44%和28.64%，且初始C/N越高，NH3越早停止排放、排放量也越小（P＜0．05），此外，王麗麗等提到，秸稈濾料和豬糞好氧堆肥過程中秸稈添加會使NH3的排放顯著降低，氮素損失顯著下降，這一結(jié)果與本研究結(jié)果一致。

2.4.4 N2O氣體排放

堆肥過程中脫氮造成的N2O排放也是氮損失的原因，堆肥過程中N2O的合成主要是在有機物的硝化和反硝化過程中。稻秸稈添加后各堆體N2O排放速率和累積排放量的影響如圖8所示，堆肥前期，N2O的釋放速率相對較低且穩(wěn)定，這可能是由于高溫和高濃度的銨鹽限制了硝化細菌和反硝化細菌的活性，導(dǎo)致氮主要以NH3形式損失。隨后，有機質(zhì)劇烈降解，O2消耗量大，堆體內(nèi)部易出現(xiàn)厭氧或缺氧情況，從而使得N2O大量排放并達到峰值。各堆體處理的N2O排放峰值分別為58.43、60.82、54.6、53.04 mg·d-1和49.93 mg·d-1。之后隨著物料孔隙度的增大及通氣狀況的改善，N2O排放速率下降，在最后階段由于堆體內(nèi)反硝化底物硝態(tài)氮的累積導(dǎo)致其含量略有上升。從N2O累積排放量來看，至堆肥42 d結(jié)束時，各堆體N2O累計排放量分別為597.37、564.72、541.37、462.64 mg·kg-1和458.4 mg·kg-1；羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2、7：3、6：4和5：5組合的N2O累計排放量比9：1的組合降低了5.47%、9.37%、22.55%和23.26%，表明稻秸稈添加有助于堆肥過程中N2O的減排。且比例越高對N2O排放的減弱作用更為顯著。這可能是因為添加稻秸稈降低了堆體的堆積密度，增加了堆內(nèi)的空氣流量，從而優(yōu)化了堆肥中的氧氣分布和利用。

2.4.5 總凱氏氮

總凱氏氮（TKN）是反映堆肥質(zhì)量的重要參數(shù)。堆肥反應(yīng)過程中TKN濃度的變化如圖9所示。在堆肥開始時，各處理的TKN值分別為14.98、14.65、14.41、14.17 g·kg-1和13.98 g·kg-1，TKN變化趨勢與NH+4-N呈負相關(guān)，分別在0-3 d和6-9 d下降，這是由含氮物質(zhì)的分解和高溫階段大量NH3的揮發(fā)引起的。高溫后，氨排放的減少和廢料逐漸礦化產(chǎn)生的“濃度效應(yīng)”導(dǎo)致TKN含量從第9天開始持續(xù)增加，直到堆肥結(jié)束。在末期，TKN的含量為22.77-23.25 g·kg-1，各堆體增長速率分別為5 2.00%、58.70%、58.15%、63.30%、63.98%和64.23%。表明添加稻秸稈在氮保持方面發(fā)揮了重要作用，可能是因為它有利于有機物質(zhì)的降解和含氮有機物的形成。王硯等也進一步證實稻秸稈添加可以有效促進氮的儲存。

2.4.6 堆肥過程中的氮損失和固存平衡

堆肥發(fā)酵過程中總是伴隨著微生物對氮素的轉(zhuǎn)化和利用，堆肥過程中的氮轉(zhuǎn)化主要包括3個過程。首先是含氮有機化合物降解為NH+4-N或NH3，其次是NH+4-N轉(zhuǎn)化為NO-3-N或NO2-N。最后是反硝化細菌在缺氧條件下釋放N2O的過程。稻秸稈添加可以吸附更多銨態(tài)氮，即NH+4-N轉(zhuǎn)化為NO-3-N，從而保留更多的氮。同時減少厭氧區(qū)的形成。堆肥過程中氮轉(zhuǎn)化和損失結(jié)果表明（表2），堆肥初始C/N 比越低，總氮損失率越高；至堆肥結(jié)束時，各處理的總氮損失率分別為20.54、17.91、17.07、15.28 g和13.26 g；表明初始碳氮越小，氮素損失率越大，因為C/N 比過小堆體內(nèi)碳素相對較少，過剩的氮素?zé)o法被微生物所利用而形成氨氣，加劇氮素損失。NH3揮發(fā)和N2O排放是畜禽糞便堆肥過程中氮損失的兩種主要形式，稻秸稈的多孔結(jié)構(gòu)可以吸收更多的NH+4-N和NO-3-N，同時儲存更多的氧氣以改善厭氧環(huán)境，從而減少NH3和N2O的排放。在該實驗中，各處理NH3揮發(fā)造成的氮損失依次為19.95、17.35、16.53、14.82 g和12.81 g，C／N 比越低，NH3揮發(fā)速率和累計揮發(fā)量也越大；N2O揮發(fā)造成的氮損失占總氮損失亦隨C/N 比增加而降低，且初始C／N 比不同，氮素形態(tài)也不同，如本實驗中NH3-N對總氮損失的貢獻率為96.61%-97.13%，相反，所有處理中N2O-N對總氮損失的貢獻率在2.8 8%-3.39%之間，其中羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比5：5組合最低，9：1組合最高。這意味著濕質(zhì)量比5：5的組合更有利于控制NH3排放和N2O的排放、減少氮的損失，增強氮的固存作用。

為了消除堆肥腐熟指標(biāo)的量綱和數(shù)量級影響，采用均值化方法對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，采用主成分分析法對5種處理下堆肥溫度、O2、pH、EC、CI、TKN、NH+4-N、NO-3-N、NH3和N2O排放量進行分析，擬合出3個主成分（表3）。其特征值均大于1，方差貢獻率分別為59.455%、27.705%和10.305%，累積達到97.464%，說明前3個主成分包含了絕大部分原始信息。因此，羊糞堆肥腐熟度評價時可以選擇前3個主成分代替原來的10個指標(biāo)。

由表4得知：第1主成分主要受X2（O2）、X3（pH）、X5（CI）、X9（NH3）和X10（N2O）的影響，其中X2（O2）、X3（pH）、X9（NH3）和X10（N2O）為正值，對第1主成分產(chǎn)生正效應(yīng)，X5（CI）為負值，對第1主成分產(chǎn)生負效應(yīng)；第2主成分主要受X7（NH+4-N）和X8（NO-3-N）的影響，其中X7（NH+4-N）為正值，對第2主成分產(chǎn)生正效應(yīng)，X8（NO-3-N）為負值，對第2主成分產(chǎn)生負效應(yīng)；第3主成分主要受X4（EC）和X6（TKN）的影響，對第2主成分產(chǎn)生正效應(yīng)。

根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣及其對應(yīng)的主成分，可以計算出每個主成分因子得分，羊糞堆肥腐熟指標(biāo)3個主成分的表達式如下：

F1= -0.164X1+0.055X2+0.173X3+0.321X4-0.141X5+0.105X6-0.06X7+0.052X8+0.126X9+0.196X1

F2=0.09X1+ 0.192X2-0.055X3-0.271X4-0.093X5-0.008X6+0.344X7-0.326X8+0.131X9+0.006X1

F3=0.14X1-0.174X2-0.088X3+ 0.49X4+ 0.001X5+0.745X6-0.013X7-0.107X8-0.001X9+0.09X10

以選取的3個主成分所對應(yīng)的方差貢獻率占主成分方差累計貢獻率的比例作為權(quán)重，建立堆肥腐熟指標(biāo)得分?jǐn)?shù)學(xué)模型：F=（0.594F/+0.277F2+0.103F3）／0.974，利用該模型計算堆肥腐熟程度得分，根據(jù)各主成分得分和綜合品質(zhì)得分進行優(yōu)良度排序（表5），表明，各堆體綜合評價得分由大到小依次為：8：2＞7：3＞9：1＞6：4＞5：5，即羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2組合為最優(yōu)堆肥工藝方案。

畜禽糞便堆肥除滿足無害化要求外，還需考慮可操作性和施入農(nóng)田的有效性，本研究中羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比9：1處理堆肥的TKN含量最低，究其原因是初始C/N較低，低碳源限制了微生物的活動，有機物分解緩慢，造成大量氮素損失。羊糞添加稻秸稈堆肥后，碳源得到有效補充，氮素損失降低，但過量添加不利于堆肥腐熟，如本試驗中羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比5：5的組合GI僅為78.15%（＜80%）。綜合來看，羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2的組合堆肥最早進入高溫階段，且持續(xù)時間最長（27d），種子發(fā)芽指數(shù)最早達到80%以上（30d，81.8%），因此，實際生產(chǎn)中建議羊糞與稻秸稈按照8：2的濕質(zhì)量比組合。本研究中開展試驗是在夏季高溫階段，在冬季進行堆肥時混合物的腐熟程度以及環(huán)境溫度對堆肥進程的影響還需進一步研究。

3 結(jié)論

（1）添加稻秸稈可使羊糞堆肥提前進入高溫階段，各處理于第3天進入高溫階段（＞50℃），且高溫分別維持了13、27、24、21d和21d，其中羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比8：2（C/N 比為19.75）時堆肥效果最好，堆肥最高溫度可達73.88℃，高溫階段（≥50℃）持續(xù)時間最長（27 d），30 d時種子發(fā)芽指數(shù)達到80%以上（81.8%），符合無害化堆肥處理要求。

（2）在羊糞高溫堆肥時添加稻秸稈可以減少氮素損失，提高總凱式氮（TKN）和NO-3-N，并減少NH3、N2O的排放。其中羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比5：5處理的TKN含量增加幅度最大為64.23%；7：3組合NO-3-N含量增加幅度最大，為42.42%，羊糞與稻秸稈濕質(zhì)量比9：1處理的NH3、N2O的排放量最大，平均為15.89g和337.05 mg。羊糞添加稻秸稈堆肥時初始C/N 比越高，NH+4-N、NO-3-N和TKN的損失率越小，NH3和N2O的累積排放量也越小。

（3）主成分綜合得分表明，羊糞與稻秸稈按濕質(zhì)量比8：2的處理綜合得分最高，因此羊糞與稻秸稈按濕質(zhì)量比8：2的處理在加速堆肥進程，減少氮損失上表現(xiàn)最優(yōu)。

（責(zé)任編輯：葉飛）

基金項目：江蘇省現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目[JATS（2023）353]；泰州市科技支撐計劃（社會發(fā)展）項目（TS202208）